(57)【要約】【課題】  ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光によるクロストークの影響を低減して、波長変換効率の高い多波長変換装置を提供すること。【解決手段】  複数の信号光が重畳された波長多重信号光とポンプ光とから、信号光毎にポンプ光の波長を２倍したものから信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力する多波長変換装置において、波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値が、波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長を設定する。【選択図】  図１
2007114448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光とポンプ光とを合成する光合成手段と、
前記波長多重信号光に含まれる複数の信号光とポンプ光とを入力し、それぞれの信号光毎に前記ポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力する波長変換手段とを有して構成され、
前記波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記ポンプ光の波長に最も近い波長と前記ポンプ光の波長との差の絶対値が、前記波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記ポンプ光の波長が設定されることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項２】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第１の波長多重信号光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第２の波長多重信号光とに分離する光分離手段と、
前記第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とを合成する第１の光合成手段と、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第１のポンプ光とを前記第１の光合成手段から入力し、それぞれの信号光毎に前記第１のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して、これらの波長変換光が重畳された第１の波長多重変換光を出力する第１の波長変換手段と、
前記第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とを合成する第２の光合成手段と、
前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第２のポンプ光とを前記第２の光合成手段から入力し、それぞれの信号光毎に前記第２のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して、これらの波長変換光が重畳された第２の波長多重変換光を出力する第２の波長変換手段と、
少なくとも、前記第１の波長変換手段から出力される前記第１の波長多重変換光と、前記第２の波長変換手段から出力される前記第２の波長多重変換光とを合成して波長多重変換光を出力する第３の光合成手段とを有して構成され、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第１のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第１のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第１の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第１のポンプ光の波長が設定され、
前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第２のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第２のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第２の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第２のポンプ光の波長が設定されることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項３】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第１の波長多重信号光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第２の波長多重信号光に分離する光分離手段と、
前記第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とを合成する第１の光合成手段と、
前記第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とを合成する第２の光合成手段と、
一方の端部から前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と第１のポンプ光とを入力し、それぞれの信号光毎に前記第１のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して、これらの波長変換光が重畳された第１の波長多重変換光を他方の端部から出力するとともに、前記他方の端部から前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と第２のポンプ光とを入力し、それぞれの信号光毎に前記第２のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して、これらの波長変換光が重畳された第２の波長多重変換光を前記一方の端部から出力する波長変換手段と、
少なくとも、第１の波長多重変換光と第２の波長多重変換光とを合成して波長多重変換光を出力する第３の光合成手段と、
前記波長変換手段の前記一方の端部に接続されて、前記第１の光合成手段から入力する光を前記波長変換手段へ出力するとともに、前記波長変換手段から入力する光を前記第３の光合成手段へ出力する第１の光路変換手段と、
前記波長変換手段の前記他方の端部に接続されて、前記第２の光合成手段から入力する光を前記波長変換手段へ出力するとともに、前記波長変換手段から入力する光を前記第３の光合成手段へ出力する第２の光路変換手段とを有して構成され、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第１のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第１のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第１の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第１のポンプ光の波長が設定され、
前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第２のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第２のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第２の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第２のポンプ光の波長が設定されることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項４】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第１の波長多重信号光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第２の波長多重信号光とに分離する光分離手段と、
前記第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とを合成する第１の光合成手段と、
前記第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とを合成する第２の光合成手段と、
前記第１の光合成手段から前記第１の波長多重信号光と前記第１のポンプ光とを入力し、前記第２の光合成手段から前記第２の波長多重信号光と前記第２のポンプ光とを入力して、それぞれの光の偏波方向を保持した状態で合成して出力する偏波合成手段と、
該偏波合成手段に接続されて、前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第１のポンプ光とを入力し、前記第１の波長多重変換光に含まれるそれぞれの信号光毎に前記第１のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力するとともに、前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第２のポンプ光とを入力し、前記第２の波長多重信号光に含まれるそれぞれの信号光毎に前記第２のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力する波長変換手段とを有して構成され、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および前記第１のポンプ光の偏波方向と、前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および前記第２のポンプ光の偏波方向とが互いに直交し、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第１のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第１のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第１の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第１のポンプ光の波長が設定され、
前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで前記第２のポンプ光の波長に最も近い波長と前記第２のポンプ光の波長との差の絶対値が、前記第２の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように前記第２のポンプ光の波長が設定されることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項５】
第１のポンプ光の波長と第２のポンプ光の波長とが同一であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の多波長変換装置。
【請求項６】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光と、該波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長に前記波長多重信号光の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きいかあるいは最も小さな波長から前記波長多重信号光の信号光帯域幅を減じた波長よりも小さい波長を有するポンプ光とを合成する工程と、
前記波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記ポンプ光とから、それぞれの信号光毎に前記ポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力する工程とを有することを特徴とする波長変換方法。
【請求項７】
複数の信号光が重畳された波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第１の波長多重信号光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光が重畳された第２の波長多重信号光とに分離する工程と、
前記第１の波長多重信号光と、該第１の波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長に前記第１の波長多重信号光の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きいかあるいは最も小さな波長から前記第１の波長多重信号光の信号光帯域幅を減じた波長よりも小さい波長を有する第１のポンプ光とを合成する工程と、
前記第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第１のポンプ光とから、それぞれの信号光毎に前記第１のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成し、これらの波長変換光が重畳された第１の波長多重変換光を出力する工程と、
前記第２の波長多重信号光と、該第２の波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長に前記第２の波長多重信号光の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きいかあるいは最も小さな波長から前記第２の波長多重信号光の信号光帯域幅を減じた波長よりも小さい波長を有する第２のポンプ光とを合成する工程と、
前記第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光と前記第２のポンプ光とから、それぞれの信号光毎に前記第２のポンプ光の波長を２倍したものから前記信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成し、これらの波長変換光が重畳された第２の波長多重変換光を出力する工程と、
少なくとも、前記第１の波長多重変換光と前記第２の波長多重変換光とを合成して波長多重変換光を出力する工程とを有することを特徴とする波長変換方法。
【請求項８】
第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する工程を、波長変換手段の一方の端部から前記第１の波長多重信号光および前記第１のポンプ光を入力するとともに前記波長変換手段の他方の端部から前記第１の波長多重変換光を出力することで実施し、
第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する工程を、前記波長変換手段の他方の端部から前記第２の波長多重信号光および前記第２のポンプ光を入力するとともに前記波長変換手段の一方の端部から前記第２の波長多重変換光を出力することで実施することを特徴とする請求項７に記載の波長変換方法。
【請求項９】
第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第１のポンプ光の偏波方向と、第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第２のポンプ光の偏波方向とが互いに直交し、
前記第１の波長多重信号光と前記第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する工程と、前記第２の波長多重信号光と前記第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する工程とを、同一の波長変換手段を用いて実施することを特徴とする請求項７に記載の波長変換方法。
【請求項１０】
第１のポンプ光の波長と第２のポンプ光の波長とが同一であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光通信、光情報処理等の光伝送システムにおいて使用される波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換する多波長変換装置および波長変換方法に係り、特に高非線形ファイバを用いて四光波混合原理に基づいて波長変換を実施する多波長変換装置および波長変換方法に関するものである。
【０００２】
以下の説明において、波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかで最も小さな波長から最も大きな波長までの帯域を信号光帯域と称し、最も大きな波長と最も小さな波長との差を信号光帯域幅と称するものとする。また、複数の信号光とポンプ光とから四光波混合原理に基づいて生成される複数の波長変換光を重畳して得られる光を波長多重変換光と称するものとする。さらに、波長多重変換光に含まれる複数の波長変換光の波長のなかで最も小さな波長から最も大きな波長までの帯域を変換光帯域と称し、最も大きな波長と最も小さな波長との差を変換光帯域幅と称するものとする。
【背景技術】
【０００３】
図１３は、例えば特開２０００−２９８２９７号公報に示されている従来の多波長変換装置の構成の例を示す図である。図において、波長多重信号光は、光分波器１０１で各波長λ１，λ２，λ３およびλ４の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器１０２，１０３，１０４および１０５に入力される。波長変換器１０２，１０３，１０４および１０５は、波長λ１，λ２，λ３およびλ４の信号光をそれぞれ波長λ１１，λ２２，λ３３およびλ４４の波長変換光に波長変換して出力する。波長λ１１，λ２２，λ３３およびλ４４の波長変換光は、光合波器１０６で合波され、波長多重変換光として出力される。このような構成の場合、多重される信号光の波長の数が増加すると、波長変換器の数も増加して、装置規模およびコストが大きくなるという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９８２９７号公報
【０００５】
一方、波長多重信号光に含まれる信号光を一括して波長変換することができるデバイスとして、高非線形ファイバが挙げられる。この高非線形ファイバを用いた波長変換は、四光波混合（ＦＷＭ：Ｆｏｕｒ  Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ）原理に基づいて実施される。図１４は、四光波混合の原理を示す概略図である。図１４に示されるように、波長多重信号光と、波長多重信号光に含まれる信号光とは異なる波長を有するポンプ光とを、高非線形ファイバに入力すると、ポンプ光を中心にそれぞれの信号光を折り返した位置に波長変換光が発生する。波長多重信号光に含まれるそれぞれの信号光の波長は、高非線形ファイバを用いることで、一括して波長変換される。
【０００６】
ＦＷＭは、光ファイバの非線形現象の一つである。異なる波長を有する３つの信号光を、Ｓｉ（Ｐｉ，λｉ）、Ｓｊ（Ｐｊ，λｊ）、Ｓｋ（Ｐｋ，λｋ）とする。（ここで、ｉ，ｊ，ｋはチャネル番号を表す整数、Ｐは信号光のパワー、λは信号光の波長を示す。）ＦＷＭ光のパワーＰｆｗｍおよび波長λｆｗｍは、以下の式で表される。
Ｐｆｗｍ  ∝  Ｐｉ・Ｐｊ・Ｐｋ・α                （１）
λｆｗｍ  ＝  λｉ＋λｊ−λｋ    （ｊ≠ｋ）      （２）
式（１）において、αは位相整合係数である。信号光間の偏波方向が一致している場合に、最大値「１」となる。一般的に、波長多重伝送では、信号光を等波長間隔で配列する。このため、式（２）で示されるＦＷＭ光の波長と信号光の波長とが一致する場合が生じ、一致するＦＷＭ光成分がクロストークとなるために、信号光の伝送品質が劣化する。信号光パワーが大きいほど、伝送品質の劣化は顕著となる。
【０００７】
一方、ＦＷＭに基づく波長変換において、波長変換光のパワーＰｃおよび波長λｃは、以下の式で表される。
Ｐｃ  ∝  Ｐｐ・Ｐｐ・Ｐｓ・α                    （３）
λｃ  ＝  ２λｐ−λｓ                            （４）
ここで、Ｐｐはポンプ光のパワーを示し、Ｐｓは信号光のパワーを示す。また、λｐはポンプ光の波長を示し、λｓは信号光の波長を示す。波長多重信号光に含まれるそれぞれの信号光とポンプ光とから成る複数の光を高非線形ファイバに入力して得られるＦＷＭ光についても、式（１）および式（２）が成立する。式（３）および式（４）は、式（１）および式（２）においてｉ＝ｊ≠ｋであってＰｉがポンプ光である場合を表すものである。したがって、ｉ≠ｊ≠ｋである場合には、生成されるＦＷＭ光の波長が波長変換光の波長に一致すると波長変換光に対するクロストークとなり、波長変換光の伝送品質が劣化する。
【０００８】
波長多重伝送システムで使用される伝送用ファイバにおいては、ＦＷＭを発生させないために、ファイバ特性や伝送条件等について、以下のような設定が為されている。
［１］非線形性の小さいファイバを用いる。
［２］波長分散の大きいファイバを用いる。
［３］ファイバへ入力する信号光のパワーを小さくする。
［４］ファイバへ入力する信号光間の波長間隔を大きくする。
これに対して、波長変換に用いられる高非線形ファイバは、ＦＷＭが発生しやすいように、上記の［１］および［２］とは反対の特性を有している。すなわち、高非線形ファイバは、非線形性が大きく、波長分散が小さいという特性を有している。したがって、多波長の波長多重信号光を高非線形ファイバに入力すると、ＦＷＭが効率的に発生して、信号光の波長に一致する成分を有するクロストークは通常の伝送用ファイバよりも増大する。このために、ファイバに入力される信号光のパワーは制限される。
【０００９】
式（１）に示したように、ＦＷＭ光のパワーは、高非線形ファイバに入力される光のパワーの積に比例する。通常、波長変換を実施するために入力されるポンプ光は、変換効率を高くするために、信号光よりも大きなパワーを有している。ポンプ光と信号光とが高非線形ファイバに入力された場合に、式（１）から明らかなように、ポンプ光と異なる２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光のパワーは、異なる３波長の信号光から生成されるＦＷＭ光のパワーよりも大きくなる。したがって、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長が、信号光の波長または波長変換光の波長に等しくなって生じるクロストークの影響は、信号光のみから生成されたＦＷＭ光により生じるクロストークの影響よりも大きくなる。ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光により生じるクロストークの影響を低減するためには、高非線形ファイバに入力されるポンプ光のパワーを小さくすることが有効であるが、この場合、式（３）に示されるように、波長変換光のパワーも減少して波長変換効率が低下する。
【００１０】
クロストークの影響を低減させる他の方法としては、上記の［４］に示されるように、ＦＷＭ光の波長が信号光または波長変換光に一致しないように、高非線形ファイバへ入力する信号光間の波長間隔を大きくすることが考えられる。然るに、高非線形ファイバの変換効率は波長依存性を有するために、波長間隔を広くすると波長変換可能な波長数が減少して効率が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、高非線形ファイバを用いた多波長変換では、ポンプ光と信号光とから生成されるＦＷＭ光による信号光または波長変換光へのクロストークの影響を低減するために、高非線形ファイバに入力されるポンプ光のパワーが小さくなるので、波長変換効率が低下するという課題があった。
【００１２】
本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、波長変換効率の高い多波長変換装置および波長変換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の技術的課題を解決するために、本願発明に係る多波長変換装置および波長変換方法は、複数の信号光が重畳された波長多重信号光とポンプ光とから、信号光毎にポンプ光の波長を２倍したものから信号光の波長を減じた波長を有する波長変換光を生成して出力する波長変換において、波長多重信号光に含まれる複数の信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値が、波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長が設定されるようにしたものである。
【００１４】
また、本願発明に係る多波長変換装置および波長変換方法は、入力される波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域を有する第１の波長多重信号光と第２の信号光帯域を有する第２の波長多重信号光とに分離し、第１の波長多重信号光および第１のポンプ光から第１の波長多重変換光を生成する波長変換と、第２の波長多重信号光および第２のポンプ光から第２の波長多重変換光を生成する波長変換とをそれぞれ別個に実施し、第１（第２）の波長多重信号光に含まれる複数の信号光のなかで第１（第２）のポンプ光の波長に最も近い波長と第１（第２）のポンプ光の波長との差の絶対値が、第１（第２）の波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるように第１（第２）のポンプ光の波長を設定するようにしたものである。
【００１５】
また、本願発明に係る多波長変換装置および波長変換方法は、第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する波長変換を、波長変換手段の一方の端部から第１の波長多重信号光および第１のポンプ光を入力するとともに波長変換手段の他方の端部から第１の波長多重変換光を出力することで実施し、第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する波長変換を、波長変換手段の他方の端部から第２の波長多重信号光および第２のポンプ光を入力するとともに波長変換手段の一方の端部から第２の波長多重変換光を出力することで実施するようにしたものである。
【００１６】
また、本願発明に係る多波長変換装置および波長変換方法は、第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第１のポンプ光の偏波方向と、第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第２のポンプ光の偏波方向とを互いに直交させ、第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する波長変換と、第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する波長変換とを同一の波長変換手段を用いて実施するようにしたものである。
【００１７】
また、本願発明に係る多波長変換装置および波長変換方法は、第１のポンプ光の波長と第２のポンプ光の波長とを同一にしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、波長多重信号光に含まれる複数の信号光のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値が、波長多重信号光の信号光帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長を設定するように構成したので、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長が信号光帯域および変換光帯域に侵入することがなく、波長変換光に対して情報転写が為される信号光および波長変換光自体においてポンプ光に起因するクロストークの影響を低減することが可能となるので、信号品質の劣化を防止するとともに、高非線形ファイバに入力されるポンプ光のパワーを大きくすることが可能となって波長変換効率を向上することができるという効果を奏する。また、クロストークについては、信号光のみから生成されるＦＷＭ光の影響のみを考慮すればよいので、回路設計が容易になるという効果を奏する。
【００１９】
本願発明によれば、波長多重信号光を、少なくとも、第１の信号光帯域を有する第１の波長多重信号光と第２の信号光帯域を有する第２の波長多重信号光とに分離し、分離されたそれぞれの波長多重信号光毎に、その波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値がその信号光帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長を設定するように構成したので、ポンプ光に起因するクロストークの発生を防止する条件を満足したうえでポンプ光の波長を多波長変換装置に入力される波長多重信号光の信号光帯域および多波長変換装置から出力される波長多重変換光の変換光帯域に近づけることが可能となり、波長変換に使用可能な帯域を短縮することができ、波長利用効率を向上することができるという効果を奏する。また、波長変換に使用可能な帯域の設定自由度を上げることができるという効果を奏する。さらに、分離されたそれぞれの波長多重信号に対して使用されるポンプ光の波長を同一にすることで、単一のポンプ光光源を用いて波長変換を実施することが可能となるから、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【００２０】
本願発明によれば、第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する波長変換を、波長変換手段の一方の端部から第１の波長多重信号光および第１のポンプ光を入力するとともに波長変換手段の他方の端部から第１の波長多重変換光を出力することで実施し、第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する波長変換を、波長変換手段の他方の端部から第２の波長多重信号光および第２のポンプ光を入力するとともに波長変換手段の一方の端部から第２の波長多重信号光を出力することで実施するように構成したので、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とが独立に実施されて、１つの波長変換手段により２つの信号光帯域に含まれる信号光の波長変換が可能となるから、波長変換手段の数を低減することが可能となって、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【００２１】
本願発明によれば、第１の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第１のポンプ光の偏波方向と、第２の波長多重信号光に含まれる複数の信号光および第２のポンプ光の偏波方向とを互いに直交させ、第１の波長多重信号光と第１のポンプ光とから第１の波長多重変換光を生成する波長変換と、第２の波長多重信号光と第２のポンプ光とから第２の波長多重変換光を生成する波長変換とを同一の波長変換手段を用いて実施するように構成したので、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とが独立に実施されて、１つの波長変換手段により２つの信号光帯域に含まれる信号光の波長変換が可能となるから、波長変換手段の数を低減することが可能となって、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本願発明に係る実施の形態を説明する。なお、以下の説明においては、本願発明の実施の形態の各構成要素と、特許請求の範囲に記載された発明の各構成要素との対応関係を明らかにするために、実施の形態の各構成要素にそれぞれ対応する特許請求の範囲に記載された発明の各構成要素を、本願発明の実施の形態に係る説明文中において適宜かっこ書きにより示すものとする。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多波長変換装置の構成を示す図である。図１において、１は異なる波長を有するｎ個の信号光が重畳された波長多重信号光、２は波長多重信号光１に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長および最も小さな波長に対して後述する所定の関係を有するようにその波長が設定されたポンプ光、３は波長多重信号光１に含まれるそれぞれの信号光とポンプ光とを合成する光合波器（光合成手段）、４は光合波器３に接続されて四光波混合原理に基づく波長変換を実施する高非線形ファイバ（波長変換手段）、５は波長多重信号光１に含まれる信号光が波長変換されて得られた波長変換光が存在する帯域の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタ、６はｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光である。
【００２４】
図２は、本願発明の実施の形態１による多波長変換装置に対して入力並びに出力される光の波長を示す図である。図２において、それぞれ異なる波長を有するｎ個の信号光の波長λ１，・・・，λｎは、波長軸の方向に沿って等間隔に配列される。Δλは、隣接する信号光間の波長の差を示す。波長λｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）の信号光と、ポンプ光とに基づいて、波長λｉｉ（ｉｉ＝１１，・・・，ｎｎ）の波長変換光が生成される。上述したように、波長λｉｉを有する波長変換光は、ポンプ光を中心に波長λｉを有する信号光を折り返した位置に発生する。したがって、それぞれ異なる波長を有するｎ個の波長変換光の波長λ１１，・・・，λｎｎは、波長軸の方向に沿って、Δλ毎に等間隔に配列される。また、波長多重信号に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長を有する信号光とポンプ光との波長の差をＢで表すものとする。本願発明では、上記の波長差Ｂが、波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長と最も小さな波長との差、すなわち信号光帯域幅よりも大きい点において特徴を有する。したがって、以下の式（５）が成立するように、ポンプ光の波長λｐが設定される。
Ｂ＞（ｎ−１）Δλ                                  （５）
【００２５】
波長多重信号光に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）から、信号光帯域幅よりも大きな波長差Ｂだけ離れた波長を有するポンプ光を使用することで、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長は、信号光帯域および変換光帯域に侵入することなく、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）からポンプ光の波長（λｐ）までの帯域あるいはポンプ光の波長（λｐ）から波長変換光の波長のなかで最も小さな波長（λ１１）までの帯域に配置されることになる。勿論、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長が、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）、ポンプ光の波長（λｐ）および波長変換光の波長のなかで最も小さな波長（λ１１）に一致することもない。ポンプ光と波長λ１を有する信号光と波長λｎを有する信号光とから生成されるＦＷＭ光が、信号光帯域あるいは変換光帯域に最も近づくことになる。すなわち、λｆｗｍ＝λｐ＋λｎ−λ１のときに最も信号光帯域に近づくが、信号光帯域内に侵入することはない。また、λｆｗｍ＝λｐ＋λ１−λｎのときに最も変換光帯域に近づくが、変換光帯域内に侵入することはない。
【００２６】
次に、図１に示される多波長変換装置の動作について説明する。光合波器３は、波長多重信号光１に含まれてそれぞれ異なる波長（λ１，・・・λｎ）を有する複数の信号光とポンプ光とを合成する。このポンプ光の波長は、信号光の波長のなかで最も大きな波長に信号光帯域幅を加えた波長よりも大きくなるように設定される。高非線形ファイバ４は、ｎ個の信号光およびポンプ光を入力し、四光波混合原理に基づく波長変換を実施して、信号光にそれぞれ対応するｎ個の波長変換光を生成して出力する。光バンドパスフィルタ５は、変換光帯域に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光６を出力する。ポンプ光の波長を上記のように設定することで、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光あるいは波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００２７】
なお、上記実施の形態１では、信号光帯域よりもポンプ光の波長を大きくする例を挙げたが、本願発明はこのような場合に限定されるものではなく、信号光帯域よりもポンプ光の波長を小さくする場合にも適用できるものである。信号光帯域よりもポンプ光の波長を小さくする場合には、信号光の波長のなかで最も小さな波長から信号光帯域幅を減じた波長よりもポンプ光の波長を小さくすることで、同様に、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光あるいは波長変換光との間で発生するクロストークを防止することが可能となる。また、上記の実施の形態１では、信号光は等間隔に配列されているが、本願発明は信号光が不等間隔に配列されている場合にも適用できるものである。信号光が不等間隔に配列されていても、ポンプ光の波長を信号光の波長のなかで最も大きな波長に信号光帯域幅を加えた波長よりも大きく設定すること、あるいはポンプ光の波長を信号光の波長のなかで最も小さな波長から信号光帯域幅を減じた波長よりも小さく設定することにより、同様に、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光あるいは波長変換光との間で発生するクロストークを防止することが可能となる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１による多波長変換装置および波長変換方法によれば、ポンプ光の波長と信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長との差の絶対値が、信号光帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長を設定するので、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長が信号光帯域および変換光帯域に侵入することがなく、波長変換光に情報転写が為される信号光および波長変換光自体においてポンプ光に起因するクロストークの影響を低減することが可能となるので、信号品質の劣化を防止するとともに、高非線形ファイバに入力されるポンプ光のパワーを大きくすることができて波長変換効率を向上することができるという効果を奏する。また、クロストークについては、信号光のみから生成されるＦＷＭ光の影響のみを考慮すればよいので、回線設計が容易になるという効果を奏する。
【００２９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による多波長変換装置の構成を示す図である。図３において、１１は異なる波長を有するｎ個の信号光が重畳された波長多重信号光、１２は波長多重信号光１１の信号光帯域を２つの帯域に分離して第１の信号光帯域に含まれる信号光と第２の信号光帯域に含まれる信号光とに分波するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）フィルタ（光分離手段）、１３はＷＤＭフィルタ１２により分離された第１の信号光帯域に含まれて異なる波長を有するｍ個の信号光が重畳された波長多重信号光（第１の波長多重信号光）、１４はＷＤＭフィルタ１２により分離された第２の信号光帯域に含まれて異なる波長を有する（ｎ−ｍ）個の信号光が重畳された波長多重信号光（第２の波長多重信号光）、１５は波長多重信号光１３に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長および最も小さな波長に対して後述する所定の関係を有するようにその波長が設定されたポンプ光（第１のポンプ光）、１６は波長多重信号光１３に含まれるそれぞれの信号光とポンプ光１５とを合成する光合波器（第１の光合成手段）、１７は光合波器１６に接続されて四光波混合原理に基づく波長変換を実施する高非線形ファイバ（第１の波長変換手段）、１８は波長多重信号光１３に含まれる信号光が波長変換されて得られた波長変換光が存在する帯域の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタ、１９はｍ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光（第１の波長多重変換光）、２０は波長多重信号光１４に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長および最も小さな波長に対して後述する所定の関係を有するようにその波長が設定されたポンプ光（第２のポンプ光）、２１は波長多重信号光１４に含まれるそれぞれの信号光とポンプ光２０とを合成する光合波器（第２の光合成手段）、２２は光合波器２１に接続されて四光波混合原理に基づく波長変換を実施する高非線形ファイバ（第２の波長変換手段）、２３は波長多重信号光１４に含まれる信号光が波長変換されて得られた波長変換光が存在する帯域の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタ、２４は（ｎ−ｍ）個の波長変換光が重畳された波長多重変換光（第２の波長多重変換光）、２５は波長多重変換光１９と波長多重変換光２４とを合成する光合波器（第３の光合成手段）、２６はｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光である。
【００３０】
図４は、本願発明の実施の形態２による多波長変換装置に対して入力並びに出力される光の波長を示す図である。図４において、それぞれ異なる波長を有するｎ個の信号光の波長λ１，・・・，λｎは、波長軸の方向に沿って等間隔に配列される。Δλは、隣接する信号光間の波長の差を示す。また、この実施の形態では、信号光帯域が第１の信号光帯域と第２の信号光帯域とに分割される。第１の信号光帯域には、波長λ１からλｍまでのｍ個の信号光が属する。また、第２の信号光帯域には、波長λｍ＋１からλｎまでの（ｎ−ｍ）個の信号光が属する。第１の信号光帯域に含まれる波長λｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）の信号光とポンプ光とから、波長λｉｉ（ｉｉ＝１１，・・・，ｍｍ）の波長変換光が生成され、第１の変換光帯域が構成される。また、第２の信号光帯域に含まれる波長λｉ（ｉ＝ｍ＋１，・・・，ｎ）の信号光とポンプ光とから、波長λｉｉ（ｉｉ＝ｍ＋１ｍ＋１，・・・，ｎｎ）の波長変換光が生成され、第２の変換光帯域が構成される。上述したように、波長λｉｉを有する波長変換光は、ポンプ光を中心に波長λｉを有する信号光を折り返した位置に発生する。したがって、第１の変換光帯域および第２の変換光帯域においては、それぞれの帯域に含まれる波長変換光の波長は、波長軸の方向に沿ってΔλ毎に等間隔に配列される。図４に示される例のように、第１の信号光帯域に含まれる信号光を波長変換するポンプ光の波長と、第２の信号光帯域に含まれる信号光を波長変換するポンプ光の波長とが同一の場合には、第１の変換光帯域と第２の変換光帯域とが途切れなく連続して、ｎ個の波長変換光のすべてが、波長軸の方向に沿ってΔλ毎に等間隔に配列される。
【００３１】
第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）とポンプ光の波長（λｐ）との差をＢ１とする。また、第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長（λｍ＋１）とポンプ光の波長（λｐ）との差をＢ２とする。本願発明では、波長差Ｂ１が第１の信号光帯域幅よりも大きく、波長差Ｂ２が第２の信号光帯域幅よりも大きいことを特徴とする。すなわち、以下の式（６），（７）が成立するように、ポンプ光の波長λｐが設定される。
Ｂ１＞（ｍ−１）Δλ                                （６）
Ｂ２＞（ｎ−ｍ−１）Δλ                            （７）
【００３２】
第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）から、第１の信号光帯域幅よりも大きな波長差Ｂ１だけ離れた波長を有するポンプ光を使用することで、ポンプ光と第１の信号光帯域に含まれる２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長は、第１の信号光帯域および第１の変換光帯域に侵入することなく、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）からポンプ光の波長（λｐ）までの帯域あるいはポンプ光の波長（λｐ）から波長変換光のなかで最も小さな波長（λ１１）までの帯域に配置されることになる。また、第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長（λｍ＋１）から、第２の信号光帯域幅よりも大きな波長差Ｂ２だけ離れた波長を有するポンプ光を使用することで、ポンプ光と第２の信号光帯域に含まれる２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光の波長は、第２の信号光帯域および第２の変換光帯域に侵入することなく、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λｍ＋１）からポンプ光の波長（λｐ）までの帯域あるいはポンプ光の波長（λｐ）から波長変換光のなかで最も小さな波長（λｍ＋１ｍ＋１）までの帯域に配置されることになる。したがって、第１の信号光帯域に含まれる信号光から第１の変換光帯域に含まれる波長変換光への波長変換と、第２の信号光帯域に含まれる信号光から第２の変換光帯域に含まれる波長変換光への波長変換とを、それぞれ別個の光学系で実施することにより、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、波長多重信号光１３に含まれる信号光および波長多重変換光１９に含まれる波長変換光並びに波長多重信号光１４に含まれる信号光および波長多重変換光２４に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３３】
次に、図３に示される多波長変換装置の動作について説明する。ＷＤＭフィルタ１２は、波長多重信号光１１を、第１の信号光帯域（λ１〜λｍ）に含まれる信号光が重畳された波長多重信号光１３と、第２の信号光帯域（λｍ＋１〜λｎ）に含まれる信号光が重畳された波長多重信号光１４とに分波する。光合波器１６は、波長多重信号光１３に含まれてそれぞれ異なる波長（λ１，・・・，λｍ）を有する複数の信号光とポンプ光１５とを合成する。このポンプ光１５の波長（λｐ１）は、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λ１）に第１の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きくなるように設定される。高非線形ファイバ１７は、ｍ個の信号光およびポンプ光１５を入力し、四光波混合原理に基づく波長変換を実施して、信号光にそれぞれ対応するｍ個の波長変換光を生成して出力する。光バンドパスフィルタ１８は、第１の変換光帯域（λ１１〜λｍｍ）に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｍ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光１９を出力する。ポンプ光１５の波長を上記のように設定することで、ポンプ光１５と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、第１の信号光帯域に含まれる信号光あるいは第１の変換光帯域に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３４】
光合波器２１は、波長多重信号光１４に含まれてそれぞれ異なる波長（λｍ＋１，・・・，λｎ）を有する複数の信号光とポンプ光２０とを合成する。このポンプ光２０の波長（λｐ２）は、信号光の波長のなかで最も大きな波長（λｍ＋１）に第２の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きくなるように設定されている。高非線形ファイバ２２は、ｎ−ｍ個の信号光およびポンプ光２０を入力し、四光波混合原理に基づく波長変換を実施して、信号光にそれぞれ対応するｎ−ｍ個の波長変換光を生成して出力する。光バンドパスフィルタ２３は、第２の変換光帯域（λｍ＋１ｍ＋１〜λｎｎ）に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｎ−ｍ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光２４を出力する。ポンプ光２０の波長を上記のように設定することで、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光あるいは第２の変換光帯域に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。光合波器２５は、波長多重変換光１９と波長多重変換光２４とを合成して、ｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光２６を出力する。
【００３５】
なお、上記の実施の形態２では、第１の信号光帯域および第２の信号光帯域よりもポンプ光の波長を大きくする例を挙げたが、本願発明はこのような場合に限定されるものではなく、第１の信号光帯域および第２の信号光帯域よりもポンプ光の波長を小さくする場合にも適用できるものである。第１の信号光帯域および第２の信号光帯域よりもポンプ光の波長を小さくする場合には、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も小さな波長から第１の信号光帯域幅を減じた波長よりもポンプ光の波長を小さくするとともに、第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も小さな波長から第２の信号光帯域幅を減じた波長よりもポンプ光の波長を小さくする。これにより、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とを異なる光学系を用いて実施すれば、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、波長多重信号光１３に含まれる信号光および波長多重変換光１９に含まれる波長変換光並びに波長多重信号光１４に含まれる信号光および波長多重変換光２４に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３６】
また、上記の実施の形態２では、信号光は等間隔に配列されているが、本願発明は信号光が不等間隔に配列されていても適用できるものである。信号光が不等間隔に配列されていても、ポンプ光の波長を第１（第２）の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も大きな波長に第１（第２）の信号光帯域幅を加えた波長よりも大きく設定すること、あるいはポンプ光の波長を第１（第２）の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかで最も小さな波長から第１（第２）の信号光帯域幅を減じた波長よりも小さく設定することにより、同様に、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光および波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３７】
また、上記の実施の形態２では、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換を実施するために高非線形ファイバ１７に入力されるポンプ光１５の波長λｐ１と、第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換を実施するために高非線形ファイバ２２に入力されるポンプ光２０の波長λｐ２とが同一であるとして説明を行ったが、波長λｐ１と波長λｐ２とは同一である必要はない。第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかでλｐ１に最も近い波長とλｐ１との差の絶対値が第１の信号光帯域幅よりも大きくなるように波長λｐ１が設定されるとともに、第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかでλｐ２に最も近い波長とλｐ２との差の絶対値が第２の信号光帯域幅よりも大きくなるように波長λｐ２が設定されればよい。これにより、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とを異なる光学系を用いて実施することにより、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光および波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３８】
さらに、上記の実施の形態２では、波長多重信号光１１に含まれる信号光の帯域を２つの信号光帯域に分離する例を挙げたが、本願発明はこのような例に限定されるものではなく、３つ以上の信号光帯域に分離する場合にも適用できるものである。それぞれの信号光帯域毎に、その信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値がその信号光帯域の帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長が設定されればよい。これにより、それぞれの信号光帯域に含まれる信号光の波長変換を異なる光学系を用いて実施することにより、ポンプ光と２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、信号光および波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００３９】
以上のように、この実施の形態２による多波長変換装置および波長変換方法によれば、波長多重信号光に含まれる信号光の帯域を複数の信号光帯域に分離し、分離されたそれぞれの信号光帯域毎に、その信号光帯域に含まれる信号光の波長のなかでポンプ光の波長に最も近い波長とポンプ光の波長との差の絶対値がその信号光帯域の帯域幅よりも大きくなるようにポンプ光の波長を設定するように構成したので、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、ポンプ光に起因するクロストークの発生を防止する条件を満たしたうえで、ポンプ光の波長を多波長変換装置に入力される波長多重信号光の信号光帯域および多波長変換装置から出力される波長多重変換光の変換光帯域に近づけることが可能となり、波長変換に使用可能な帯域を短縮することができて、波長利用効率を向上することができるという効果を奏する。また、波長変換に使用可能な帯域の設定自由度を上げることができるという効果を奏する。さらに、ポンプ光１５の波長とポンプ光２０の波長とを同一にすることで、単一のポンプ光光源を用いて波長変換を実施することが可能となるから、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【００４０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による多波長変換装置の構成を示す図である。図５において、図３と同一符号は同一の構成要素を示すものとし、その説明を省略する。３１は光合波器１６および光合波器２１にそれぞれ反対方向から接続されて四光波混合原理に基づく波長変換を実施する高非線形ファイバ（波長変換手段）、３２は光サーキュレータ（第１の光路変換手段）、３３は光サーキュレータ（第２の光路変換手段）である。光サーキュレータは、光の入力端子と出力端子との組合せが例えば時計回りに循環的に変化する特性を有する。光サーキュレータ３２は、光合波器１６から入力した光を高非線形ファイバ３１へ出力するとともに、高非線形ファイバ３１から入力した光を光バンドパスフィルタ２３へ出力する。光サーキュレータ３３は、高非線形ファイバ３１から入力した光を光バンドパスフィルタ１８へ出力するとともに、光合波器２１から入力した光を高非線形ファイバ３１へ出力する。なお、実施の形態２と同様に、ポンプ光１５については、第１の信号光帯域（λ１〜λｍ）に含まれる信号光の波長のなかでλｐ１に最も近い波長とλｐ１との差の絶対値が第１の信号光帯域幅よりも大きくなるように、ポンプ光１５の波長λｐ１が設定される。また、ポンプ光２０については、第２の信号光帯域（λｍ＋１〜λｎ）に含まれる信号光の波長のなかでλｐ２に最も近い波長とλｐ２との差の絶対値が第２の信号光帯域幅よりも大きくなるように、ポンプ光２０の波長λｐ２が設定される。
【００４１】
次に、図５に示される多波長変換装置の動作について説明する。ＷＤＭフィルタ１２は、波長多重信号光１１を、第１の信号光帯域（λ１〜λｍ）に含まれる信号光が重畳された波長多重信号光１３と、第２の信号光帯域（λｍ＋１〜λｎ）に含まれる信号光が重畳された波長多重信号光１４とに分波する。光合波器１６は、波長多重信号光１３に含まれてそれぞれ異なる波長（λ１，・・・，λｍ）を有する複数の信号光とポンプ光１５とを合成し、この合成光を光サーキュレータ３２を介して高非線形ファイバ３１の一方の端部へ出力する。高非線形ファイバ３１は、光サーキュレータ３２側からｍ個の信号光およびポンプ光１５を入力し、四光波混合原理に基づく波長変換を実施する。波長変換により第１の信号光帯域に含まれるそれぞれの信号光に対応するように生成されたｍ個の波長変換光は、高非線形ファイバ３１の他方の端部から光サーキュレータ３３を介して光バンドパスフィルタ１８へ出力される。光バンドパスフィルタ１８は、第１の変換光帯域（λ１１〜λｍｍ）に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｍ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光１９を出力する。ポンプ光１５の波長を上記のように設定することで、ポンプ光１５と第１の信号光帯域に含まれる２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、第１の信号光帯域に含まれる信号光あるいは第１の変換光帯域に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。
【００４２】
光合波器２１は、波長多重信号光１４に含まれてそれぞれ異なる波長（λｍ＋１，・・・，λｎ）を有する複数の信号光とポンプ光２０とを合成し、この合成光を光サーキュレータ３３を介して高非線形ファイバ３１の他方の端部へ出力する。高非線形ファイバ３１は、光サーキュレータ３３側からｎ−ｍ個の信号光およびポンプ光２０を入力し、四光波混合原理に基づく波長変換を実施する。波長変換により第２の信号光帯域に含まれるそれぞれの信号光に対応するように生成されたｎ−ｍ個の波長変換光は、高非線形ファイバ３１の一方の端部から光サーキュレータ３２を介して光バンドパスフィルタ２３へ出力される。光バンドパスフィルタ２３は、第２の変換光帯域（λｍ＋１ｍ＋１〜λｎｎ）に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｎ−ｍ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光２４を出力する。ポンプ光２０の波長を上記のように設定することで、ポンプ光２０と第２の信号光帯域に含まれる２波長の信号光とから生成されるＦＷＭ光と、第２の信号光帯域に含まれる信号光あるいは第２の変換光帯域に含まれる波長変換光との間で発生するクロストークが防止される。光合波器２５は、波長多重変換光１９と波長多重変換光２４とを合成して、ｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光２６を出力する。
【００４３】
以上のように、この実施の形態３による多波長変換装置および波長変換方法によれば、サーキュレータを用いて、第１の信号光帯域に含まれる信号光および第１のポンプ光を高非線形ファイバ３１の一方の端部から入力するとともに第１の変換光帯域に含まれる波長変換光を高非線形ファイバ３１の他方の端部から出力し、また第２の信号光帯域に含まれる信号光および第２のポンプ光を高非線形ファイバ３１の他方の端部から入力するとともに第２の変換光帯域に含まれる波長変換光を高非線形ファイバ３１の一方の端部から出力するように構成したので、実施の形態２と同様の効果を奏するとともに、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とが独立に実施されて、一つの高非線形ファイバにより２つの帯域の信号光の波長変換が可能となるから、高非線形ファイバの数を低減することが可能となって、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【００４４】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による多波長変換装置の構成を示す図である。図６において、図３と同一符号は同一の構成要素を示すものとし、その説明を省略する。４１は互いに直交する偏波方向を有する光を入力しその偏波方向を保持して合成する偏波合成器（偏波合成手段）、４２は偏波合成器４１に接続されて四光波混合原理に基づく波長変換を実施する高非線形ファイバ（波長変換手段）、４３は高非線形ファイバ４２から出力される光のなかから変換光帯域に含まれる光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタ、４４はｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光である。なお、実施の形態２と同様に、ポンプ光１５については、第１の信号光帯域（λ１〜λｍ）に含まれる信号光の波長のなかでλｐ１に最も近い波長とλｐ１との差の絶対値が第１の信号光帯域幅よりも大きくなるように、ポンプ光１５の波長λｐ１が設定される。また、ポンプ光２０については、第２の信号光帯域（λｍ＋１〜λｎ）に含まれる信号光の波長のなかでλｐ２に最も近い波長とλｐ２との差の絶対値が第２の信号光帯域幅よりも大きくなるように、ポンプ光２０の波長λｐ２が設定される。さらに、この実施の形態４による多波長変換装置は、偏波合成器４１に対して第１の信号光帯域に含まれる信号光および第１のポンプ光１５を入力する光学系、並びに偏波合成器４１に対して第２の信号光帯域に含まれる信号光および第２のポンプ光２０を入力する光学系を適宜設計することにより、第１の信号光帯域に含まれる信号光および第１のポンプ光１５と第２の信号光帯域に含まれる信号光および第２のポンプ光２０とが、互いに直交する偏波方向を有することを特徴とする。
【００４５】
次に、図６に示される多波長変換装置の動作について説明する。波長多重信号光１３に含まれてそれぞれ異なる波長（λ１，・・・，λｍ）を有する複数の信号光とポンプ光１５との合成光が光合波器１６から出力されるまでの動作、並びに波長多重信号光１４に含まれてそれぞれ異なる波長（λｍ＋１，・・・，λｎ）を有する複数の信号光とポンプ光２０との合成光が光合波器２１から出力されるまでの動作については、実施の形態３と同様なので、その説明を省略する。偏波合成器４１は、第１の信号光帯域に含まれる信号光および第１のポンプ光１５と、これらに対して直交する偏波方向を有する第２の信号光帯域に含まれる信号光および第２のポンプ光２０とをそれぞれの偏波方向を保持したまま合成して出力する。
【００４６】
高非線形ファイバ４２は、同一の偏波方向を有する光に対してのみ、四光波混合原理に基づく波長変換を実施する。すなわち、高非線形ファイバ４２は、第１の信号光帯域に含まれるｍ個の信号光およびポンプ光１５を入力して、第１の信号光帯域に含まれる信号光にそれぞれ対応して信号光と同一の偏波方向を有するｍ個の波長変換光を生成して出力する。また、高非線形ファイバ４２は、第２の信号光帯域に含まれるｎ−ｍ個の信号光およびポンプ光２０を入力して、第２の信号光帯域に含まれる信号光にそれぞれ対応して信号光と同一の偏波方向を有するｎ−ｍ個の波長変換光を生成して出力する。光バンドパスフィルタ４３は、変換光帯域（λ１１〜λｎｎ）に含まれる光を主に通過させるようにフィルタリングを実施して、ｎ個の波長変換光が重畳された波長多重変換光４４を出力する。
【００４７】
以上のように、この実施の形態４による多波長変換装置および波長変換方法によれば、第１の信号光帯域に含まれる信号光およびポンプ光１５の偏波方向と、第２の信号光帯域に含まれる信号光およびポンプ光２０の偏波方向とを互いに直交するようにして偏波合成器４１に入力した後に高非線形ファイバ４２を用いて波長変換を実施するように構成したので、実施の形態２と同様の効果を奏するとともに、第１の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換と第２の信号光帯域に含まれる信号光の波長変換とが独立に実施されて、一つの高非線形ファイバにより２つの帯域の信号光の波長変換が可能となるから、高非線形ファイバの数を低減することができ、多波長変換装置の構成を簡略化してコスト低減を図れるという効果を奏する。
【００４８】
なお、上記の実施の形態１から実施の形態４により説明される多波長変換装置および波長変換方法は、本願発明を限定するものではなく、例示することを意図して開示されているものである。本願発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載により定められるものであり、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲内において種々の設計的変更が可能である。例えば、上記の実施の形態２から実施の形態４においては、波長変換光の複数の帯域は、ポンプ光を中心に折り返されて、信号光の複数の帯域が配列されるのと同じ順序で配列されている。この複数の波長変換光の帯域について、その配置を入れ替えるように構成してもよい。図７は、変換光の帯域の入れ替えを示す図である。第１のポンプ光の波長λｐ１および第２のポンプ光の波長λｐ２を適宜設定することにより、図２に示される波長変換と比較して、第１の変換光帯域（λ１１〜λｍｍ）と第２の変換光帯域（λｍ＋１ｍ＋１〜λｎｎ）とを入れ替えることが可能となる。
【００４９】
また、上記の実施の形態１から実施の形態４により説明される多波長変換装置および波長変換方法は、ポンプ光の波長として、所定の条件を満たすように予め設定された波長を用いるように構成されているが、入力される波長多重信号光の信号光帯域に応じて、ポンプ光の波長を動的に変更するように構成してもよい。例えば、分離されたそれぞれの波長多重信号光の信号光帯域幅を算出して、それぞれの信号光帯域毎に、信号光の波長のなかで最も大きな波長に信号光帯域幅および所定の値を加えてポンプ光波長候補を算出し、信号光帯域毎のポンプ光波長候補のなかから最大のポンプ光波長候補をポンプ光の波長として選定する。また、分離されたそれぞれの波長多重信号光の信号光帯域幅を算出して、それぞれの信号光帯域毎に、信号光の波長のなかで最も小さな波長から信号光帯域幅および所定の値を減じてポンプ光波長候補を算出し、信号光帯域毎のポンプ光波長候補のなかから最小のポンプ光波長候補をポンプ光の波長として選定する。
【００５０】
実験例
次に、本願発明の有効性を検証するために実施した実験例について説明する。図８は、実験装置の構成を示す図である。図８において、５１は信号光の偏波方向を制御する偏波コントローラ、５２はポンプ光の偏波方向を制御する偏波コントローラ、５３は光合波器、５４は偏光子、５５は高非線形ファイバ、５６は光スペクトラムアナライザである。実験では、偏波コントローラ５１，５２を調整して、ポンプ光の偏波方向と信号光の偏波方向とを一致させる。また、信号光のチャネルをそれぞれ独立にＯＮ／ＯＦＦして、ポンプ光と２波長の信号光とからＦＷＭ光を発生させる。そして、光スペクトラムアナライザ５６を用いて、信号光チャネルおよび波長変換光チャネルに発生するＦＷＭ光のパワー（クロストーク）を測定する。
【００５１】
実験の条件は、以下のとおりである。
・信号光チャネル数：  ９チャネル（１５４７．７２ｎｍ，１５４８．５２ｎｍ，１５４９．３２ｎｍ，１５５０．１２ｎｍ，１５５０．９２ｎｍ，１５５１．７２ｎｍ，１５５２．５２ｎｍ，１５５３．３ｎｍ，１５５４．１３ｎｍ）
・信号光波長間隔Δλ：  ０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）
・信号光パワー：  ０ｄＢｍ／ｃｈ
・ポンプ光とポンプ光に最も近い信号光との波長差Ｂ：  Δλ，５Δλ，９Δλ
・ポンプ光パワー：  ＋１４．５ｄＢｍ
【００５２】
図９は、信号光のチャネル毎のＦＷＭ光パワーを示す図である。図１０は、波長変換光のチャネル毎のＦＷＭ光パワーを示す図である。図９および図１０に示されるように、ポンプ光とポンプ光に最も近い信号光との波長差Ｂを大きくすることにより、信号光チャネルおよび波長変換光チャネルに発生するＦＷＭ光パワーは減少している。また、本願発明におけるポンプ光波長の設定条件を満たすＢ＝９Δλの場合には、各チャネルのＦＷＭ光パワーはほぼ一定となる。
【００５３】
図１１は、信号光のチャネル毎のクロストークの発生数を示す図である。図１２は、波長変換光のチャネル毎のクロストークの発生数を示す図である。９チャネルの信号光のなかの２チャネルの信号光の波長とポンプ光の波長とを式（２）に代入して、２波長の信号光とポンプ光とから生成されるＦＷＭ光の波長を計算する。図１１および図１２には、信号光および波長変換光の各チャネル毎に、波長の一致するＦＷＭ光の発生数が示される。本願発明におけるポンプ光波長の設定条件を満たすＢ＝９Δλの場合には、当然のことながら、ポンプ光に起因するクロストークの発生数はゼロとなる。
【００５４】
図９と図１１との比較、並びに図１０と図１２との比較から明らかなように、ポンプ光に起因するクロストークの発生回数とＦＷＭ光パワーとの間には類似の傾向が見られる。このことから、各チャネルに発生するＦＷＭ光のパワーについては、２波長の信号光とポンプ光とから生成されるＦＷＭ光の成分が支配的であることが分かる。したがって、ポンプ光に起因するクロストークを防止することにより、良好な信号品質を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本願発明は、光通信、光情報処理等の光伝送システムにおいて使用される波長多重信号光の一括変換に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施の形態１による多波長変換装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による多波長変換装置に対して入力並びに出力される光の波長を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による多波長変換装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による多波長変換装置に対して入力並びに出力される光の波長を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３による多波長変換装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４による多波長変換装置の構成を示す図である。
【図７】波長変換光の帯域の入れ替えを示す図である。
【図８】実験装置の構成を示す図である。
【図９】信号光のチャネル毎のＦＷＭ光パワーを示す図である。
【図１０】波長変換光のチャネル毎のＦＷＭ光パワーを示す図である。
【図１１】信号光のチャネル毎のクロストークの発生数を示す図である。
【図１２】波長変換光のチャネル毎のクロストークの発生数を示す図である。
【図１３】従来の多波長変換装置の構成を示す図である。
【図１４】四光波混合の原理を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１１  波長多重信号光、２  ポンプ光、３  光合波器（光合成手段）、４，３１，４２  高非線形ファイバ（波長変換手段）、１２  ＷＤＭフィルタ（光分離手段）、１３  波長多重信号光（第１の波長多重信号光）、１４  波長多重信号光（第２の波長多重信号光）、１５  ポンプ光（第１のポンプ光）、１６  光合波器（第１の光合成手段）、１７  高非線形ファイバ（第１の波長変換手段）、１９  波長多重変換光（第１の波長多重変換光）、２０  ポンプ光（第２のポンプ光）、２１  光合波器（第２の光合成手段）、２２  高非線形ファイバ（第２の波長変換手段）、２４  波長多重変換光（第２の波長多重変換光）、２５  光合波器（第３の光合成手段）、２６  波長多重変換光、３２  光サーキュレータ（第１の光路変換手段）、３３  光サーキュレータ（第２の光路変換手段）、４１  偏波合成器（偏波合成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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